Fibra óptica La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos;; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, datos plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. Snell. La fuente de luz puede ser láser ser láser o o un LED LED.. Las fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones telecomunicaciones,, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio y superiores a las de cable convencional. Son el medio de transmisión por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra óptica sobre otros medios de transmisión Como se realiza? Una fibra óptica no es más que un u n larguísimo filamento de vidrio, tan fino que es perfectamente flexible, debidamente protegido por una camisa plástica. A traves de estos haces se transmiten, mediante un láser acoplado, señales luminosas que se detectan en el destino. Pero evidentenente, para tener una gran capacidad de transmisión a larga distancia, la fibra debe tener unas características muy particulares. La fabricación de fibra óptica es un proceso de alta tecnología. Tengamos en cuenta que el grosor estándar de la fibra es 125 micras (aproximadamente el doble que un cabello humano) y el núcleo es de unas 8 micras (en fibras monomodo, que son las usadas para comunicaciones a larga distancia). Y evidentemente, es crítico mantener la pureza y la regularidad del núcleo. Todo ello convierte la fabricación de fibra en un proceso complicado. Sin embargo, el fundamento es sencillo (y es una idea brillante). Se trata de construir grandes tubos de vidrio que reproducen a escala macroscópica la estructura de la fibra. Estos tubos se llaman preformas. Posteriormente, la preforma se va fundiendo y estirando hasta que obtenemos un filamento alargado cuyo fino diámetro reproduce a escala microscópica la preforma original. El proceso de fabricación de las preformas no es en absoluto sencillo ya que evidentemente no estamos hablando de simple vidrio, sino de unas características muy concretas y una extrema pureza Nucleos Cada filamento consta de un núcleo central de plástico o cristal (óxido de silicio y germanio) con un alto índice de refracción, refracción, rodeado de una capa de un material
similar con un índice de refracción ligeramente menor. Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y mayor el ángulo de incidencia, se habla entonces de reflexión interna total. En el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos, de tal forma que prácticamente avanza por su centro. De este modo, se pueden guiar las señales luminosas sin pérdidas por largas distancias. A lo largo de toda la creación y desarrollo de la fibra óptica, algunas de sus características han ido cambiando para mejorarla. Las características más destacables de la fibra óptica en la actualidad son:
Cobertura más resistente: La cubierta contiene un 25% más material que las cubiertas convencionales. Uso dual (interior y exterior): La resistencia al agua y emisiones ultravioleta, la cubierta resistente y el funcionamiento ambiental extendido de la fibra óptica contribuyen a una mayor confiabilidad durante el tiempo de vida de la fibra. Mayor protección en lugares húmedos: Se combate la intrusión de la humedad en el interior de la fibra con múltiples capas de protección alrededor de ésta, lo que proporciona a la fibra, una mayor vida útil y confiabilidad en lugares húmedos. Empaquetado de alta densidad: Con el máximo número de fibras en el menor diámetro posible se consigue una más rápida y más fácil instalación, donde el cable debe enfrentar dobleces agudos y espacios estrechos. Se ha llegado a conseguir un cable con 72 fibras de construcción súper densa cuyo diámetro es un 50% menor al de los cables convencionales.
Reflexión interna total
Hace más de un siglo John Tyndall (1870) demostró que una fina corriente de agua podía contener y guiar luz; poco después recurrió a tubos de vidrio y más tarde a hilos gruesos de cuarzo fundido. Todos estos materiales son dieléctricos, pues en ninguno puede transmitirse la electricidad. Sin embargo, lo importante de este trabajo fue demostrar que la luz, al incidir en estos materiales a un determinado ángulo, se refleja dentro de ellos, es decir, queda confinada y puede propagarse a determinadas distancias. Esto se puede comprobar de una manera muy sencilla con un apuntador láser y la pecera de casa o un envase transparente con agua. Si en el envase o pecera, se apunta con el láser de abajo hacia arriba a la frontera entre el agua y el aire (interfase agua-aire), la luz pasará por el agua y saldrá del recipiente. Pero si se va moviendo el apuntador láser tratando de que cada vez esté más horizontal
(paralelo al suelo), parte de la luz saldrá del agua y parte se reflejará hacia adentro. Si el apuntador se coloca cada vez más horizontalmente, se llegará a un determinado ángulo en que la luz ya no saldrá al aire y se reflejará totalmente dentro del agua. Este fenómeno se conoce como reflexión total interna y es el principio de funcionamiento de las fibras ópticas. En ellas la luz se propaga y se conduce mediante muchas reflexiones totales internas o, simplemente, mediante reflexiones múltiples entre dos interfases.
La reflexiòn total interna es el fenómeno que ocurre cuando la luz incide sobre la superficie de contacto de dos materiales transparentes a un ángulo muy cerrado. La luz tiene que estar pasando a través de un medio con un índice de refracción mayor que el del medio contiguo. En la superficie de contacto, toda la luz es reflejada de nuevo hacia el material circundante y ninguna parte de la luz es transmitida al material contiguo. ¿Qué causa esta reflexión interna total? La fibra consta de dos capas denominadas: núcleo y revestimiento. La luz queda atrapada dentro del núcleo, fabricado de vidrio, a través del cual se desplaza. El revestimiento está fabricado de un material que tiene un índice de refracción mucho menor que el del núcleo. Como la luz rebota o se refleja de la segunda capa, no puede escapar de la fibra, porque es difícil que la luz pase a través de un material de elevado índice a un material de menor índice a un ángulo de incidencia extremo. Fibra monomodo Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s). Fibra multimodo Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan todos a la vez. Una fibra
multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 1 km, es simple de diseñar y económico. El núcleo de una fibra multimodo tiene un índice de refracción superior, pero del mismo orden de magnitud, que el revestimiento. Debido al gran tamaño del núcleo de una fibra multimodo, es más fácil de conectar y tiene una mayor tolerancia a componentes de menor precisión. Dependiendo el tipo de índice de refracción del núcleo, tenemos dos tipos de fibra multimodo:
Índice escalonado: en este tipo de fibra, el núcleo tiene un índice de refracción constante en toda la sección cilíndrica, tiene alta dispersión modal. Índice gradual: mientras en este tipo, el índice de refracción no es constante, tiene menor dispersión modal y el núcleo se constituye de distintos materiales.
Además, según el sistema ISO 11801 para clasificación de fibras multimodo según su ancho de banda se incluye el formato OM3 (multimodo sobre láser) a los ya existentes OM1 y OM2 (multimodo sobre LED).
OM1: Fibra 62.5/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como emisores OM2: Fibra 50/125 µm, soporta hasta Gigabit Ethernet (1 Gbit/s), usan LED como emisores OM3: Fibra 50/125 µm, soporta hasta 10 Gigabit Ethernet (300 m), usan láser (VCSEL) como emisores.
Bajo OM3 se han conseguido hasta 2000 MHz·Km (10 Gbps), es decir, una velocidades 10 veces mayores que con OM1.
